可回收3D打印材料有效解决了美国陆军军用零件短缺问题

利用3D打印设备，士兵们可以快速利用水瓶等废弃物材料制造汽车收音机支架等零部件。

战场上或偏远地区的士兵往往要等上数周才能找到需要的替换零件。现在，科学家们表示，他们已经找到了几小时内制造出这些零部件的方法，即使在战斗条件下这种方法依旧可行，而这种方法所需要的原料仅仅是水瓶、纸板或其他可回收材料。他们说，这一革新性进展可以有效提高运营准备度，减少对外界供应链的依赖同时提高安全性。

相关研究人员今天在美国化学学会（ACS）的第256次全国会议和博览会上展示了他们的作品。

Nicole Zander博士表示：“理想情况下，士兵们不再需要苦苦等待下一辆补给车的到来。相反，他们可以自己收集废弃的水瓶、牛奶壶、纸板盒和其他可回收物品，然后用这些材料作为3D打印机的原料，制作工具、零件或其他小玩意。”

向作战部队提供食物、燃料、弹药和备用零部件是一项艰巨的任务，需要投入数千名后勤人员、承包商和制造商的精力。美国政府问责局的数据表明，美国国防部总共有500万件存货需要通过8个不同的供应链分发出去。然而，这些物品却难以在前线地点储存，这也就意味着前线的部队偶尔会出现重要物资短缺的情况。这些设备中有许多都有3D打印机，可以生产零部件和其他设备，但3D打印机的工作必须依赖于商用塑料细丝等原料，而这些原料的运输可能需要耗费几天、几周甚至几个月的时间。

近日，美国海军陆战队上尉Zander，Anthony Molnar及其美国陆军研究实验室的同事们探讨了使用回收的聚乙烯对苯二酸酯（PET）塑料作为3D打印机起始原料的可能性。在水瓶和苏打瓶中发现的PET塑料是在基地周围发现的常见废料，研究人员意识到这种材料或许可以用作3D打印的原料。他们认为，由回收生产的PET丝，和用于3D打印机的商用细丝一样坚固灵活。在测试中，研究小组使用回收的PET打印了一个汽车无线电支架，这是一个常用的军事部件。该打印过程大约需要10个水瓶以及两小时的时间。

最初，研究人员已经确定，用于酸奶或松软干酪容器的聚丙烯（PP）或用于塑料器皿的聚苯乙烯（PS）等塑料是无法在3D打印中使用的。而该小组并没有因此而放弃相关研究，开始尝试通过将PP纸板、木纤维和其他纤维素废料混合起来，从而创造出新的合成纤维丝。此外，易碎的PS与韧性PP混合也可以产生坚固而灵活的丝线。

研究人员采用了一种叫做固态剪切粉碎的方法来生产复合PP纤维丝。在这个过程中，将塑料、纸板或木粉磨碎置入双螺杆挤出机，将其加工成3d打印细丝。在使用动态力学分析测试后，科学家们得出结论，这种新型复合材料的机械性能得到了极大提升，可以用作坚固的3D打印材料。

Zander的团队正在建造一辆移动回收拖车，这将使经过特殊训练的士兵能够利用塑料垃圾制造3D打印纤维。此外她还在探索用塑料球团代替细丝来进行打印的方法，这可以帮助士兵快速生产出更大的3D打印部件和机械。

Zander表示：“我们仍然有很多东西需要学习，比如如何最好地处理这些材料，以及什么样的添加剂可以改善它们的性能，对于这些废弃塑料的回收利用，我们只触及到了最表面的东西。”

摘要

美国战区的作战人员经常面临着部件损坏或丢失的风险，给安全与生产力的维持带来了极大的挑战。废塑料可以降低成本并减少对供应链频繁补给的需求，以此来提高作战人员在前线作战基地的自力更生能力。此外，在私营部门的增材制造中使用废料会降低成本，增加可持续性，为二手塑料提供高价值的产出。实验目的是对可用于熔丝制造的废塑料灯丝进行测试。文章主要探讨了挤出温度和挤出周期数对聚合物粘度和结晶度的影响。还研究了混合纤维和填充剂对附加功能的影响。并对拉伸试样进行了试验，并与模切和注塑件进行了比较。结果表明由回收的聚对苯二甲酸乙二醇酯制成的部件具有最高的抗拉强度（35.1 8 MPa），可与聚碳酸酯-ABS细丝相媲美。所有回收塑料的伸长率都与注塑成型的伸长率相近。此外实验还将回收塑料打印出的零部件与原始零部件进行了对比。这项研究展示了在增材制造中使用回收塑料的可行性。

文章来自PHYS.ORG,原文题目为Water bottles, other recycled 3-D printing materials could avoid military supply snags，由材料科技在线汇总整理。